创新点<br>(1)借助SHPB试验系统，研究了全锚锚固体试件应力波衰减及层裂强度规律，并基于一维应力波理论计算了锚固体的层裂强度，对端锚及全锚锚固体受动载冲击时的优缺点进行了比对。随冲击气压增大，应力波衰减速度越快，锚固体试件层裂强度逐渐增加，呈现明显的应变强化作用，冲击气压由0.4 MPa 提升至0.6 MPa 时，锚固体层裂强度增加了41%。<br>(2)分析了“锚杆–锚固剂–围岩”应变特征，揭示了锚杆作用机理及锚固体劣化机制。全锚锚固尾部及中部锚固剂应力波峰值应变略大于围岩峰值应变，在锚固端部净拉应力导致围岩峰值应变骤增。锚杆产生滞后于“锚固剂–围岩”的拉伸应力波，阻止锚固体试件发生协同破坏。<br>(3)提出了“应变起跳时间间隔”概念，阐明了锚固体试件劣化机制。随应力波向端部传递，“锚杆–锚固剂–围岩”应变起跳时间间隔逐渐增加，锚杆峰值应变随之增加。研究成果为动载下巷道围岩支护及控制理论提供一定的研究基础。 研究背景<br> RESEARCH BACKGROUND <br>近年来，随着煤矿开采进入深部，冲击地压灾害事故频发。锚固支护系统作为深部巷道围岩的主要支护方式，在静载条件下具有较好的支护效果，但在矿井发生冲击地压、强动载冲击时，巷道围岩极易产生层裂拉伸破坏，锚固支护体难以维持稳定状态，造成巷道围岩锚固系统损坏，严重制约了深部煤炭资源安全高效开采。因此，研究动载冲击下锚固体的应力波传播规律，明晰锚杆作用机理及锚固体劣化机制具有十分重要的现实意义。<br><br>国内外许多学者采用实验室试验及数值模拟针对动载应力波衰减及锚杆支护系统动态响应做了大量的研究。在实验室试验方面，程昀、金解放等制备了长径比L/D≈65的条形砂岩试件，基于SHPB试验系统研究了不同轴向卸载压力下砂岩的应力波衰减规律并建立了经验规律模型，得出随应力卸载及距离变化，砂岩纵波应变波峰呈指数形式变化。吴秋红等设计了冲击套管，对全长锚固方式下锚杆的动态力学响应进行了研究，得出应力波的波峰值随着传播距离的增加而逐渐减小，当应力波传播至锚杆最里端时，应力波峰值衰减较大。宁建国等对不同锚固形式锚固试件的动态力学响应进行了研究，得出了端锚试件破坏前由锚固基体共同承载，破坏后仅由锚杆承担外力，全锚试件破坏主要是因锚固界面滑移而失效，而让压结构增加了锚杆的刚度与变形能力。李壮等采用分离式霍普金森杆实验研究了不同预紧力作用下锚固体试件的动态响应，得出锚杆高预紧力能够通过提升锚固体的刚度及强度来强化抗冲能力。WU等对锚固红砂岩试验进行了巴西劈裂试验研究，得出动载冲击过程中锚杆应力逐渐增加分担拉应力载荷，而裂纹扩展时锚杆应力急剧下降。邱鹏奇等研究了不同锚固形式下加锚试件的抗冲时效特征，将冲击载荷作用下的锚固体破坏阶段分为“协同变形阶段”、“不协同变形阶段”和“失效阶段”。且提高锚固界面的抗滑能力可有效延长锚固岩石抗冲时效，降低冲击动载对锚固围岩支护结构的影响。吕祥锋等基于应力波冲击理论，定义了一种巷道围岩应力损伤判据，并提出了刚–柔耦合支护的新方法。<br><br>在数值模拟方面，巫绪涛等采用HJC本构模型，研究了应力波在脆性类岩材料中的衰减规律及层裂现象，得出上升沿与下降沿不对称的入射脉冲更容易准确获得层裂强度。蔡峰等对高瓦斯煤层中的爆轰应力波衰减规律进行了研究，得出在传播距离4.8 m内，应力波峰值迅速衰减，大于4.8 m范围外应力波衰减趋于缓慢。司林坡等采用LS-DYNA分析了端锚锚固体内锚杆不同位置的应力及变形特征，得出动载冲击时自由端锚杆应变远远大于锚固段动载冲击应变，锚固作用可有效约束锚杆变形，吸收冲击产生的应力波。单仁亮等分析了爆破荷载作用下岩体的动力响应，得出岩体质点的振动速度随爆心距的衰减规律符合指数衰减公式。张亮亮等基于ALE多物质算法研究了抗爆硐室预应力锚索的应力波传播特征，得出预应力锚索受力主要由反射拉伸波导致，试验所得应力波衰减规律与数值模拟规律基本吻合。<br><br>众多学者关于应力波的衰减规律及锚固体的动态响应已经取得了许多有益成果。但在锚固体应力波传播规律及破坏特征等方面还需进一步研究。为此，笔者制备了锚固支护体试件，基于霍普金森杆(SHPB)试验系统研究不同冲击气压下锚固体试件的应力波传播规律及层裂特征，同时采用数值模拟还原锚固体受动载冲击的应力波传播过程，与冲击试验结果进行验证，揭示动载应力波传递过程中锚杆作用机理及锚固支护体劣化机制。<br><br>摘要 摘要<br> ABSTRACT<br>深井巷道受动载扰动变形严重，明晰动载作用下锚固支护体的应力波传播及破坏特征具有重要意义。基于霍普金森杆(SHPB)试验系统，研究了不同冲击气压下锚固体试件的应力波传播规律，基于一维应力波理论计算了锚固体的层裂强度；利用ABAQUS数值模拟软件还原了动载冲击试验，再现了锚固体试件的应力波传播全过程，分析了锚固体轴向不同位置处的应变–时序特征。<br><br>研究结果表明：① 随冲击气压增大，应力波衰减速度越快，空间响应幅值及衰减系数逐渐增大，锚固体试件层裂强度与冲击气压呈正相关关系，0.6 MPa冲击气压下的层裂强度相较于0.4 MPa冲击气压下增加了41%，呈现出明显的应变强化效应；② 锚固尾部及中部锚固剂的应力波峰值应变略大于围岩峰值应变，而锚固端部由于净拉应力作用导致围岩峰值应变骤增；③ 锚杆、锚固剂及围岩3者动力响应具有时序性，锚固围岩与锚固剂率先受到压缩应力波作用，锚杆产生滞后于锚固剂与围岩的拉伸应力波，阻止锚固体试件发生协同破坏；④ 锚固尾部锚杆、锚固剂及围岩应变起跳时间间隔为0，随着应力波向锚固中部及端部传递，3者应变起跳间隔时间逐渐增加，锚杆峰值应变随之增加，锚固端部锚杆破坏最严重，随冲击气压的增大，3者不协同作用逐渐加剧，锚固体试件加速劣化。